หลักการทำงานของการจ่ายสารในแต่ละขั้นตอนของการดำเนินการรีเวอร์สออสโมซิส
ในระหว่างกระบวนการรีเวิร์สออสโมซิส เมื่อเกลือที่ไม่ละลายน้ำเกินขีดจำกัดความอิ่มตัวของมัน มันจะตกตะกอนจากน้ำที่มีความเข้มข้น ก่อตัวเป็นสะเก็ดบนพื้นผิวเมมเบรน ลดฟลักซ์ของเมมเบรน RO เพิ่มแรงดันในการทำงานและแรงดันลดลง และทำให้ผลิตภัณฑ์ คุณภาพน้ำเสื่อมลง ปรากฏการณ์การก่อตัวของชั้นตะกอนบนพื้นผิวเมมเบรนนี้เรียกว่าการเปรอะเปื้อนของเมมเบรน และผลของการเปรอะเปื้อนของเมมเบรนส่งผลให้ประสิทธิภาพของระบบลดลง
จำเป็นต้องปรับสภาพน้ำดิบก่อนเข้าสู่ระบบเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิส เพื่อกำจัดของแข็งแขวนลอย สารอินทรีย์ที่ละลายน้ำได้ และส่วนประกอบของเกลือที่ไม่ละลายน้ำมากเกินไป ซึ่งอาจทำให้เกิดมลพิษต่อเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิส และลดแนวโน้มที่จะเกิดการเปรอะเปื้อนของเมมเบรน วัตถุประสงค์ของการบำบัดน้ำที่ไหลเข้าล่วงหน้าคือการปรับปรุงคุณภาพน้ำที่ไหลเข้าและรับประกันการทำงานที่เชื่อถือได้ของเมมเบรน RO
ผลของการปรับสภาพน้ำดิบล่วงหน้าจะสะท้อนให้เห็นในการลดมูลค่าสัมบูรณ์ของตัวบ่งชี้คุณภาพน้ำ เช่น TSS, TOC, COD, BOD, LSI และสารมลพิษ เช่น เหล็ก แมงกานีส อลูมิเนียม ซิลิคอน แบเรียม และสตรอนเทียม
ตัวบ่งชี้คุณภาพน้ำที่สำคัญอีกประการหนึ่งที่แสดงถึงแนวโน้มของการเปรอะเปื้อนของเมมเบรนคือ SDI นอกจากการลดตัวบ่งชี้ข้างต้นให้เหลือช่วงที่ต้องการโดยระบบเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสที่น้ำทางเข้าผ่านการบำบัดล่วงหน้าแล้ว ยังเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องลด SDI ให้มากที่สุดอีกด้วย ค่า SDI ที่เหมาะสม (15 นาที) ควรน้อยกว่า 3
เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของระบบรีเวอร์สออสโมซิส สามารถเติมสารต่อไปนี้ลงในน้ำที่ไหลเข้าได้: กรด ด่าง สารฆ่าเชื้อแบคทีเรีย สารยับยั้งตะกรัน และสารช่วยกระจายตัว
สามารถเติมกรดไฮโดรคลอริกและกรดซัลฟิวริกลงในน้ำที่ไหลเข้าเพื่อลดค่า pH กรดซัลฟิวริกมีราคาถูก ไม่ควันและกัดกร่อนส่วนประกอบโลหะที่อยู่รอบๆ และเมมเบรนมีอัตราการกำจัดซัลเฟตไอออนสูงกว่าคลอไรด์ไอออน ดังนั้นกรดซัลฟิวริกจึงถูกใช้บ่อยกว่ากรดไฮโดรคลอริก
กรดซัลฟิวริกเกรดอุตสาหกรรมที่ไม่มีสารเติมแต่งอื่นเหมาะสำหรับการรีเวิร์สออสโมซิส กรดซัลฟิวริกเชิงพาณิชย์มีข้อกำหนดความเข้มข้นสองประการคือ 20% และ 93% กรดซัลฟิวริก 93% เรียกอีกอย่างว่ากรดซัลฟิวริก Baume 66 องศา ระวังเมื่อเจือจางกรดซัลฟิวริก 93% เมื่อเจือจางเป็น 66% ความร้อนจะทำให้อุณหภูมิของสารละลายเพิ่มขึ้นเป็น 138 องศา . ต้องเติมกรดลงในน้ำอย่างช้าๆ โดยคนเพื่อป้องกันไม่ให้สารละลายที่เป็นน้ำได้รับความร้อนและเดือดในพื้นที่
กรดไฮโดรคลอริกใช้เป็นหลักเมื่อมีแนวโน้มว่าจะมีการปรับขนาดแคลเซียมซัลเฟตหรือสตรอนเซียมซัลเฟต การใช้กรดซัลฟิวริกจะเพิ่มความเข้มข้นของซัลเฟตไอออนในน้ำป้อน RO ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อแนวโน้มที่จะตะกรันแคลเซียมซัลเฟตเพิ่มขึ้น กรดไฮโดรคลอริกเกรดอุตสาหกรรม (ไม่มีสารเติมแต่ง) หาซื้อได้ง่ายมากและกรดไฮโดรคลอริกตามท้องตลาดโดยทั่วไปมี 30-37%
วัตถุประสงค์หลักของการลด pH คือเพื่อลดแนวโน้มของการปรับขนาดแคลเซียมคาร์บอเนตในความเข้มข้นของ RO กล่าวคือ เพื่อลดดัชนี Langelier (LSI) LSI คือความอิ่มตัวของแคลเซียมคาร์บอเนตในน้ำกร่อยที่มีความเค็มต่ำ ซึ่งบ่งชี้ถึงความเป็นไปได้ที่จะเกิดตะกรันแคลเซียมคาร์บอเนตหรือการกัดกร่อน
ในเคมีของน้ำรีเวิร์สออสโมซิส LSI เป็นตัวบ่งชี้สำคัญในการพิจารณาว่าจะมีการเกิดตะกรันแคลเซียมคาร์บอเนตหรือไม่ เมื่อ LSI เป็นลบ น้ำจะกัดกร่อนท่อโลหะ แต่จะไม่เกิดตะกรันแคลเซียมคาร์บอเนต
หาก LSI เป็นบวก น้ำจะไม่กัดกร่อน แต่จะเกิดตะกรันแคลเซียมคาร์บอเนต LSI คือค่า pH ของความอิ่มตัวของแคลเซียมคาร์บอเนต ลบด้วยค่า pH ที่แท้จริงของน้ำ
ความสามารถในการละลายของแคลเซียมคาร์บอเนตจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น (นี่คือลักษณะของตะกรันในกาต้มน้ำ) และเมื่อค่า pH และความเข้มข้นของแคลเซียมไอออนเพิ่มขึ้น เช่น ความเป็นด่าง
ค่า LSI สามารถลดลงได้โดยการฉีดกรด (โดยปกติคือกรดซัลฟิวริกหรือกรดไฮโดรคลอริก) ลงในน้ำป้อน RO เช่น การลด pH ค่า LSI ที่แนะนำสำหรับความเข้มข้นของ RO คือ {{0}}.2 (บ่งชี้ความเข้มข้น 0.2 หน่วย pH ต่ำกว่าความเข้มข้นอิ่มตัวของแคลเซียมคาร์บอเนต) สารต้านตะแคงโพลีเมอร์ยังสามารถใช้เพื่อป้องกันการตกตะกอนของแคลเซียมคาร์บอเนต และซัพพลายเออร์สารต้านตะกรันบางรายอ้างว่าผลิตภัณฑ์ของตนสามารถได้รับ LSI สูงถึง +2.5 สำหรับความเข้มข้นของ RO (การออกแบบที่อนุรักษ์นิยมมากขึ้นคือ LSI ที่ {{6} }.8)
อัลคาไลไม่ค่อยถูกใช้ใน RO หลัก และอัลคาไลจะถูกฉีดเข้าไปในน้ำป้อน RO เพื่อเพิ่มค่า pH สารอัลคาไลชนิดเดียวที่ใช้กันทั่วไปคือโซเดียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งหาซื้อได้ง่ายและละลายในน้ำได้ง่าย โซเดียมไฮดรอกไซด์เกรดอุตสาหกรรมที่ไม่มีสารเติมแต่งอื่นๆ โดยทั่วไปสามารถตอบสนองความต้องการได้
โซเดียมไฮดรอกไซด์เชิงพาณิชย์มีจำหน่ายในรูปแบบเกล็ด 100%, ของเหลว 20% และ 50% เมื่อเติมด่างเพื่อเพิ่ม pH โปรดทราบว่าการเพิ่ม pH จะเพิ่ม LSI และลดความสามารถในการละลายของแคลเซียมคาร์บอเนต เหล็ก และแมงกานีส
การใช้งานทั่วไปในการเติมอัลคาไลคือระบบ RO สองขั้นตอน ในระบบรีเวอร์สออสโมซิสแบบสองขั้นตอน น้ำของผลิตภัณฑ์ RO หลักจะถูกส่งไปยัง RO รองเป็นน้ำดิบ รีเวิร์สออสโมซิสทุติยภูมิจะ "ขัด" น้ำของผลิตภัณฑ์รีเวิร์สออสโมซิสหลัก และคุณภาพน้ำของผลิตภัณฑ์น้ำ RO ทุติยภูมิสามารถสูงถึง 4 เมกะโอห์ม
มีเหตุผลสี่ประการในการเติมอัลคาไลลงในน้ำป้อน RO รอง:
ก. หากมีค่า pH สูงกว่า 8.2 คาร์บอนไดออกไซด์ทั้งหมดจะถูกแปลงเป็นคาร์บอเนตไอออน ซึ่งสามารถกำจัดออกได้ด้วยวิธีรีเวิร์สออสโมซิส ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์นั้นเป็นก๊าซและจะเข้าสู่น้ำของผลิตภัณฑ์ RO ที่มีเปอร์มีเอตอย่างอิสระ ทำให้เกิดภาระที่มากเกินไปในการบำบัดการขัดเบดแลกเปลี่ยนไอออนปลายน้ำ
ข. ส่วนประกอบ TOC บางอย่างจะถูกกำจัดออกได้ง่ายกว่าที่ pH สูง
ค. อัตราการละลายและการกำจัดซิลิกาจะสูงขึ้นที่ pH สูง (โดยเฉพาะที่สูงกว่า 9)
ง. อัตราการกำจัดโบรอนจะสูงขึ้นเช่นกันที่ pH สูง (โดยเฉพาะที่สูงกว่า 9) มีกรณีพิเศษของการใช้สารอัลคาไลซึ่งมักเรียกว่ากระบวนการ HERO (High Efficiency Reverse Osmosis System) ซึ่งจะปรับ pH ของน้ำที่ไหลเข้าเป็น 9 หรือ 10 ระบบรีเวิร์สออสโมซิสแบบปฐมภูมิจะใช้ในการบำบัดน้ำกร่อยซึ่งมีปัญหาการปนเปื้อน (เช่น ความกระด้าง) , ความเป็นด่าง, เหล็ก, แมงกานีส ฯลฯ) ที่ pH สูง การปรับสภาพมักจะใช้ระบบเรซินประจุบวกที่เป็นกรดอ่อนและอุปกรณ์กำจัดแก๊สเพื่อกำจัดสิ่งปนเปื้อนเหล่านี้
คลอรีนอิสระในน้ำเข้า RO และ NF จะต้องลดลงเหลือต่ำกว่า 0.05ppm เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของเมมเบรนคอมโพสิตโพลีเอไมด์ มีวิธีการบำบัดล่วงหน้าสองวิธีสำหรับการกำจัดคลอรีน การดูดซับถ่านกัมมันต์แบบเม็ด และการใช้สารรีดิวซ์ เช่น โซเดียมซัลไฟต์
ในระบบขนาดเล็ก (50-100gpm) โดยทั่วไปจะใช้ตัวกรองถ่านกัมมันต์ และต้นทุนการลงทุนก็สมเหตุสมผลกว่า ขอแนะนำให้ใช้ถ่านกัมมันต์คุณภาพสูงที่ผ่านการล้างด้วยกรดเพื่อขจัดความแข็งและไอออนของโลหะ และปริมาณละเอียดจะต้องต่ำมาก มิฉะนั้นจะทำให้เกิดการปนเปื้อนของเมมเบรน
จะต้องล้างสื่อกรองคาร์บอนที่ติดตั้งใหม่จนหมดจนกว่าละเอียดคาร์บอนจะถูกกำจัดออกจนหมด ซึ่งโดยปกติจะใช้เวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวัน ไม่สามารถพึ่งพาตัวกรองความปลอดภัย 5μm เพื่อปกป้องเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสจากการปนเปื้อนของฝุ่นคาร์บอน
โซเดียมไบซัลไฟต์ (SBS) เป็นสารรีดิวซ์ทั่วไปที่เลือกสำหรับหน่วย RO ขนาดใหญ่ โซเดียมเมตาไบซัลไฟต์ที่เป็นของแข็งละลายในน้ำเพื่อเตรียมสารละลาย ความบริสุทธิ์ของโซเดียมเมตาไบซัลไฟต์เชิงพาณิชย์คือ 97.5-99% และระยะเวลาการเก็บรักษาในที่แห้งคือ 6 เดือน
สารละลาย SBS ไม่เสถียรในอากาศและจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ดังนั้นอายุการใช้งานที่แนะนำของสารละลาย 2% คือ 3-7 วัน และอายุการใช้งานของสารละลายน้อยกว่า 10% คือ {{3} } วัน ตามทฤษฎีแล้ว 1.47ppm SBS (หรือ 0.70ppm โซเดียมเมตาไบซัลไฟต์) สามารถลดคลอรีนได้ 1.0ppm
ปัจจัยด้านความปลอดภัยของระบบน้ำกร่อยทางอุตสาหกรรมได้รับการพิจารณาในระหว่างการออกแบบ และปริมาณของ SBS ที่เติมเข้าไปนั้นตั้งไว้ที่ 1.8-3.0ppm สำหรับทุกๆ 1.0ppm คลอรีน ช่องฉีดของ SBS ควรอยู่ต้นน้ำขององค์ประกอบเมมเบรน และควรตั้งค่าระยะห่างเพื่อให้แน่ใจว่ามีเวลาตอบสนอง 29 วินาทีก่อนที่จะเข้าสู่องค์ประกอบเมมเบรน ขอแนะนำให้ใช้อุปกรณ์กวนแบบอินไลน์ที่เหมาะสม (เครื่องผสมแบบคงที่)
สารยับยั้งตะกรันส่วนใหญ่เป็นโพลีเมอร์สังเคราะห์อินทรีย์พิเศษบางชนิด (เช่น กรดโพลีอะคริลิก กรดคาร์บอกซิลิก กรดโพลีมาเลอิก ออร์กาโนเมทัลลิกฟอสเฟต โพลีฟอสโฟเนต ฟอสโฟเนต โพลีเมอร์ประจุลบ เป็นต้น) และน้ำหนักโมเลกุลของโพลีเมอร์เหล่านี้อยู่ในช่วงตั้งแต่ 2,000 ถึง 10,000 ดาลตัน
ควรระมัดระวังเป็นพิเศษเมื่อใช้สารยับยั้งตะกรันกรดโพลีอะคริลิก เมื่อมีปริมาณธาตุเหล็กสูงอาจทำให้เกิดการเปรอะเปื้อนของเมมเบรนได้ การเปรอะเปื้อนนี้จะช่วยเพิ่มแรงกดดันในการทำงานของเมมเบรน จำเป็นต้องล้างด้วยกรดเพื่อขจัดคราบสกปรกประเภทนี้อย่างมีประสิทธิภาพ
หากใช้สารตกตะกอนประจุบวกหรือสารช่วยกรองในการปรับสภาพ ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษเมื่อใช้สารยับยั้งระดับประจุลบ จะมีสิ่งปนเปื้อนที่มีความหนืดและเหนียวซึ่งจะเพิ่มแรงกดดันในการทำงานและทำความสะอาดได้ยากมาก
โซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟต (SHMP) เป็นตัวยับยั้งตะกรันทั่วไปที่ใช้ในรีเวิร์สออสโมซิสในช่วงแรกๆ แต่ด้วยการเกิดขึ้นของตัวยับยั้งตะกรันพิเศษ ปริมาณยาจึงลดลงอย่างมาก และมีข้อจำกัดบางประการในการใช้ SHMP ควรเตรียมสารละลายทุกๆ 2-3 วัน เนื่องจากจะไฮโดรไลซ์เมื่อสัมผัสกับอากาศ การไฮโดรไลซิสจะไม่เพียงแต่ลดฤทธิ์ต้านตะกรันเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดตะกรันแคลเซียมฟอสเฟตอีกด้วย
การใช้ SHMP สามารถลดระดับแคลเซียมคาร์บอเนตได้ และ LSI สามารถเข้าถึง {{0}}.0 สารป้องกันตะกรันขัดขวางการเจริญเติบโตของผลึกเกลือในน้ำป้อน RO และความเข้มข้น ดังนั้นจึงช่วยให้เกลือที่ละลายได้น้อยมีความเข้มข้นเกินกว่าความสามารถในการละลายอิ่มตัวได้ สามารถใช้สารป้องกันตะกรันแทนการเติมกรดหรือร่วมกับการเติมกรดได้ มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อการก่อตัวของเกล็ดแร่ อุณหภูมิที่ต่ำกว่าจะลดความสามารถในการละลายของแร่ธาตุที่ปรับขนาดได้ (ยกเว้นแคลเซียมคาร์บอเนตซึ่งตรงกันข้ามกับสารส่วนใหญ่ จะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น) และ TDS ที่สูงขึ้นจะเพิ่มความสามารถในการละลายของเกลือที่ละลายได้เพียงเล็กน้อย (เนื่องจากความแรงของไอออนิกสูงรบกวนการก่อตัวของ ผลึกเมล็ด)
